Effective Java 精讀：用函數對象實現策略模式

背景：策略模式與函數指針

C/C++ 有函數指針，可將「調用特定函數的能力」作為參數傳遞。Java 無函數指針，但可用對象引用實現同樣功能：定義一個只有一個核心方法的類，其實例即為函數對象，等價於函數指針。這正是策略模式的 Java 實現方式。

從具體策略到策略接口

第一步：具體策略類

class StringLengthComparator {
    public int compare(String s1, String s2) {
        return s1.length() - s2.length();
    }
}

此類無狀態，所有實例功能等價 → 適合單例模式。

第二步：單例優化

public class StringLengthComparator {
    private StringLengthComparator() {} // 私有構造

    public static final StringLengthComparator INSTANCE = new StringLengthComparator();

    public int compare(String s1, String s2) {
        return s1.length() - s2.length();
    }
}

第三步：抽象策略接口 (Comparator<T>)

// 策略接口 (java.util.Comparator)
public interface Comparator<T> {
    int compare(T t1, T t2);
}

// 實現接口
public class StringLengthComparator implements Comparator<String> {
    // ... 同前
}

關鍵點：接口泛型化，使策略不限於 String，復用性最大化。

匿名類：一次性策略的標準寫法

String[] words = {"apple", "banana", "pear", "orange"};

// Java 7 匿名類
Arrays.sort(words, new Comparator<String>() {
    @Override
    public int compare(String s1, String s2) {
        return s1.length() - s2.length();
    }
});

// Java 8+ Lambda (函數式接口自動適配)
Arrays.sort(words, (s1, s2) -> s1.length() - s2.length());
// 或方法引用
Arrays.sort(words, Comparator.comparingInt(String::length));

⚠️ 匿名類性能陷阱

每次調用 Arrays.sort 都會創建新匿名類實例。若在熱點循環中，應提取為 private static final 常量復用。

進階：靜態成員類實現多接口 (Serializable)

匿名類無法實現多個接口，需用具名靜態內部類：

public class Host {
    // 策略接口
    public interface Comparator<T> extends Serializable {
        int compare(T t1, T t2);
    }

    // 具體策略：私有靜態成員類，實現 Comparator + Serializable
    private static class StrLenCmp implements Comparator<String>, Serializable {
        private static final long serialVersionUID = -5797980299250787300L;

        @Override
        public int compare(String s1, String s2) {
            return s1.length() - s2.length();
        }
    }

    // 公開導出：類型為接口，隱藏具體實現類
    public static final Comparator<String> STRING_LENGTH_COMPARATOR = new StrLenCmp();

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(STRING_LENGTH_COMPARATOR.compare("aaaaaa", "aaaaa")); // 輸出 1
    }
}

JDK 內建案例：String.CASE_INSENSITIVE_ORDER

public final class String {
    // ...
    public static final Comparator<String> CASE_INSENSITIVE_ORDER
        = new CaseInsensitiveComparator();

    private static class CaseInsensitiveComparator
            implements Comparator<String>, Serializable {
        // 忽略大小寫比較邏輯
    }
}

標準庫廣泛使用此模式：Collections.reverseOrder()、Comparator.naturalOrder() 等均返回單例策略對象。

總結：函數對象最佳實踐清單

1. 定義策略接口：單一方法，泛型化 (SAM 類型)，Java 8+ 加 @FunctionalInterface。
2. 具體策略類：無狀態 → private static class + static final 單例導出；有狀態 → 普通類或 Builder 構建。
3. 一次性使用：Lambda 表達式 (Java 8+) 最簡潔。
4. 復用/序列化需求：私有靜態成員類實現 Serializable，通過宿主類 public static final 接口類型字段導出。
5. 隱藏實現：客戶端只依賴接口類型，具體策略類 private，符合依賴倒置原則。

對比表